1279

представляют собой точки, расположенные на фиксированном расстоянии. Они перемещаются в соответствии с направлением факела обследуемого источника выбросов.

Все снимаемые показания установленным на этих постах оборудованием передаются по каналу радиосвязи в ИАЦ.

Список литературы

1.Об охране атмосферного воздуха: Федер. закон от 4 мая 1999 г. № 96–ФЗ. Доступ через справ.-правовую систему «КонсультантПлюс».

2.ГОСТ 17.2.3.01–86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества населенных пунктов. Доступ через справ.- правовую систему «КонсультантПлюс».

201

elib.pstu.ru

А.П. Павлова,

канд. техн. наук, доц. М.В. Постникова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИОЭТАНОЛА

Комплексное использование древесной биомассы становится одним из основных направлений развития лесной промышленности из-за постоянно растущего спроса на древесное сырье и появления опасности истощения лесных ресурсов. Эффективного развития лесоперерабатывающей промышленности можно достичь увеличением комплексного использования древесного сырья и переработки древесины, внедрением современных безотходных технологических процессов [1].

Древесина и различные древесные отходы представляют потенциальный интерес как дешевый, возобновляемый источник сырья для получения различных продуктов и топлива, в частности биоэтанола. Российская Федерация обладает уникальными возможностями для развития топливной индустрии, на ее территории сосредоточена примерно четверть всех мировых лесных запасов. Наша страна – единственная в мире – обладает многолетним промышленным опытом получения этанола по гидролизным технологиям. Таким образом, в России имеются необходимые научно-технические и промышленные предпосылки для развития производства топливного этанола из лигноцеллюлозной биомассы (древесного сырья).

Технология биоэтанола предусматривает более современный метод гидролиза – ферментативный метод осахаривания древесного сырья. Однако древесная биомасса (лигноцеллюлоза) имеет сложное строение и поликомпонентный состав, она устойчива к действию ферментов из-за кристаллической структуры целлюлозы, а также наличия в составе древесного сырья

202

elib.pstu.ru

лигнина и гемицеллюлоз, затрудняющих доступ ферментов к поверхности целлюлозных волокон. Поэтому для эффективного ферментативного гидролиза требуется подготовка лигноцеллюлозного сырья (предобработка), направленная на разрушение сложной структуры древесного сырья и полное или частичное удаление лигнина [2].

Актуальные исследования в этой области должны быть направлены на применение экологически безопасных методов, не предусматривающих использования серо- и хлорсодержащих реагентов и позволяющих одновременно с целлюлозой получать лигнин и гемицеллюлозы в форме, доступной для дальнейшего использования. Одним из перспективных способов получения целлюлозных полуфабрикатов из древесного сырья является низкотемпературное окисление лигнина с использованием перекиси водорода [3]. Поэтому нами для проведения данных исследований был выбран перекисный способ получения волокнистого целлюлозного материала, пригодного для ферментативного гидролиза. В данной работе изучался процесс получения из лигноцеллюлозного сырья сахаров, которые в дальнейшем могут быть использованы в производстве биоэтанола.

С целью получения волокнистого целлюлозного материала, пригодного для ферментативного гидролиза, проводилось изучение процесса делигнификации древесных опилок перекисными растворами. На основании этих исследований был разработан метод предобработки древесного сырья, включающий окислительную делигнификацию перекисью водорода массы, предварительно гидролизованной и пропитанной едким натром. Окислительная обработка проводилась при температуре 95 °С, расход перекиси водорода составлял 2–10 %, рН = 9…10, концентрация массы при обработке – 10 %.

При расходе на окислительную обработку раствора перекиси водорода 8 % и проведении окислительной обработки в течение 120 мин были получены образцы, в которых содержание целлюлозы 89,1 %, а лигнина – 3,2 %.

203

elib.pstu.ru

Для выявления изменений в структуре березовой древесины, произошедших в результате окислительной обработки, был проведен рентгенофазовый анализ материалов до и после предварительной обработки. Оценку содержания кристаллической части в исследуемом образце до и после делигнификации проводили путем расчета индекса кристалличности (ИК). До обработки ИК составил 25,5 %, а после – 35,7 %, т.е. окислительная предобработка образцов древесины сопровождается увеличением индекса кристалличности твердого остатка, что указывает на протекание гидролиза рентгеноаморфных участков лигноцеллюлозного материала. Незначительная аморфизация целлюлозных волокон до обработки обусловлена высоким содержанием лигнина и гемицеллюлоз. При их разрушении в результате обработки древесного сырья происходит увеличение содержания целлюлозы в полуфабрикате и степени его кристалличности. Таким образом, можно говорить о повышении реакционной способности целлюлозосодержащего субстрата к ферментативному гидролизу в результате частичного удаления лигнина и гемицеллюлоз, препятствующих проникновению ферментов к волокнам целлюлозы.

Лучшие образцы полученного целлюлозного материала были использованы в качестве субстрата для ферментативного гидролиза. Для эксперимента использовались ферментные препараты «Целлюлозим ультра» (с целлюлазной активностью 519,7 ед/г) и «ЦеллоЛюкс-F» (с целлюлазной активностью около 2000 ед/г) в разных концентрациях. О ферментативной гидролизуемости полученного нами субстрата судили по накоплению сахаров в гидролизате. Результаты по ферментативному гидролизу приведены на рисунке.

При сравнении результатов опытов № 1 и № 2, проводимых с ферментным препаратом «Целлюлозим ультра», можно заметить, что более активно происходит осахаривание массы во втором случае. Предположительно это происходит из-за меньшего содержания лигнина в образце (содержание лигнина в образце 1 – 7 %, в образце 2 – 6,2 %), т.е. целлюлозные волокна более

204

elib.pstu.ru

доступны для ферментов. Также можно заметить и то, что в обоих случаях концентрация РВ в гидролизатах не велика. Возможно, это связано с характеристиками используемого ферментного препарата, такими как слабая целлюлазная активность, которой недостаточно для эффективного гидролиза древесного сырья в условиях проведения эксперимента. Поэтому нами был использован фермент «ЦеллоЛюкс-F» с более высокой целлюлазной активностью (опыты № 3 и № 4). В ходе эксперимента показано, что применение более активного ферментного препарата значительно увеличивает выход РВ после гидролиза. Также было замечено, что эффективность осахаривания повышается при увеличении концентрации фермента (опыт № 4). Но увеличение расхода фермента может быть экономически не выгодно.

Рис. Концентрация РВ в гидролизате после ферментативного гидролиза

Проведенные исследования показали, что полученная перекисным способом целлюлозная масса пригодна для ферментативного гидролиза с целью получения сбраживаемых в спирт сахаров, необходимых для производства биоэтанола.

Список литературы

1. Пути полной и экологически чистой переработки возобновляемого растительного сырья / В.В. Будаева [и др.] // Ползу-

новский вестник. – 2010. – № 4–1. – С. 158–167.

205

elib.pstu.ru

2.Изучение процесса подготовки лигноцеллюлозного материала для ферментативного гидролиза / М.В. Постникова [и др.] // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехно-

логия. – Пермь, 2011. – № 12. – С. 186–197.

3.Катализируемая делигнификация растительного сырья пероксидом водорода – новый перспективный способ производства технической целлюлозы / Р.З. Пен [и др.] // Фундаменталь-

ные исследования. – 2008. – № 8. – С. 58–60.

206

elib.pstu.ru

И.В. Румянцев,

д-р хим. наук, проф. В.И. Гриневич

Ивановский государственный химико-технологический университет

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВЫ Г. ИВАНОВО

Среди многочисленных веществ, поступающих в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека, особое внимание уделяется тяжелым металлам (ТМ) как особо опасным токсикантам.

Одной из природных сред, наиболее подверженных воздействию тяжелых металлов, является почва. Благодаря сильному связыванию с органическими и минеральными веществами в почве они проявляют тенденцию к накоплению, при этом способность почв к самоочищению становится минимальной. Локализация и интенсивность поступления техногенных потоков этих элементов обусловливает формирование геохимических аномалий и биогеохимических провинций с различной степенью экологической напряженности.

Проблема загрязнения окружающей среды ТМ является весьма актуальной, соответственно, являются актуальными

ипроблемы, связанные с осуществлением экологического мониторинга и оценками риска воздействия на живые организмы, как в России, так и в мире в целом. Ранее на территории г. Иваново

подобные исследования в природных объектах проводились лишь для водных объектов1. В связи с этим полученные в данной работе результаты позволяют взглянуть на эту проблему под другим углом. Данная работа касается анализа компонентов

ипараметров экологического риска для окружающей среды

издоровья человека от загрязнения ТМ почв г. Иваново.

1Бубнов А.Г., Буймова С.А. // Современные наукоемкие технологии.

Регион. прил. – 2012. – № 3 (31). – С. 82–89.

207

elib.pstu.ru

Объектом наших исследований являются почвы г. Иваново. Территория города была поделена на 21 квадрат, общей площадью 84 км2, и было заложено 54 точки пробоотбора. Пробоотбор и пробоподготовка образцов почвы осуществлялись согласно стандартным методикам, в соответствии с требованиями к отбору проб почв при химическом загрязнении1. В каждой точке было отобрано по одной пробе почвы методом «конверта». Образцы почвы отбирались с глубины 10–20 см. После высушивания до воздушно-сухого состояния пробы подготавливались к определению содержания валовых и подвижных форм металлов методом атомной абсорбции.

В целом средние значения концентраций ТМ в почве не превышают ПДК, в отдельных точках зафиксировано их превышение. Однако фоновые концентрации были превышены практически для всех элементов, что является следствием все возрастающего антропогенного воздействия и причиной увеличения рисков (таблица).

Содержание металлов в почвах Ивановской области, мг/кг

Примечание. В первой строке приведены значения для валовых форм металла, а во второй строке – для подвижных форм.

На основании полученных данных нами была проведена оценка уровня химического загрязнения почв. Она производится по следующим показателям:

1 Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах и продукции растениеводства. Утв. 10.03.1992 г.

208

elib.pstu.ru

– коэффициент концентрации химического вещества

Kc C ; Cф

– суммарный показатель загрязнения

Zc Kc n 1 ,

где n – число учитываемых элементов.

Согласно значению суммарного показателя Zc и коэффициента концентрации Kc экологическая ситуация для большинства исследуемых участков является удовлетворительной, им соответствует допустимая категория загрязнения

Риск для окружающей среды и здоровья населения был оценен как математическое ожидание возможного ущерба. Для оценки параметров риска, наносимого окружающей среде, была выбрана конкретная методика1. При этом в качестве вероятности несения вреда и, соответственно, показателя дозы токсической нагрузки выступает индекс загрязнения Kс. В данной работе в тех случаях, когда значения фонового уровня отсутствуют, используются нормативные значения ПДКп. Вероятности нанесения экологического ущерба природным экосистемам были оценены как отношение фактического содержания металла в почве к его естественному фоновому уровню.

Для оценки параметров риска, наносимого здоровью человека, была выбрана методика, позволяющая определить величины вероятностей нанесения ущерба2. Для нахождения значений ущербов здоровью населения использован подход, описанный в работе А.Г. Бубнова, С.А. Буймовой и использующий в качестве критерия оценки величину сокращения ожидаемой продолжительности жизни.

1Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. – М.: Госкомэкология, 1999.

2Р 2.1.10.1920–04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Утв. 05.03.2004 г.

209

elib.pstu.ru

Параметры экологического риска для окружающей среды от загрязнения ТМ почв г. Иваново представлены величинами суммарного и среднего риска. Они составляют соответственно 82,1 и 3,91 млн руб. Пространственное распределение рисков представлено на рисунке, а.

Рис. Пространственное распределение рисков по территории г. Иваново: а – для окружающей среды;

б – для здоровья населения

210

elib.pstu.ru